공통수학1복소수AI심화 문제 (4점 중반 이후, 킬러 직전)

두 식이 모두 실수일 조건

문제

실수가 아닌 복소수 zz에 대하여 z2+2zz ^{2} + 2 zz3z ^{3}이 모두 실수일 때, z3z ^{3}의 값을 구하시오. [4점]

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해설

z=a+biz = a + bi (aa, bb는 실수, b0b \ne 0)라 하면 z2+2z=(a2b2+2a)+2b(a+1)iz ^{2} + 2 z = ( a ^{2} - b ^{2} + 2 a ) + 2 b ( a + 1 ) i 이 값이 실수이므로 2b(a+1)=02 b ( a + 1 ) = 0 b0b \ne 0이므로 a=1a = - 1, 즉 z=1+biz = - 1 + bi z2=(1b2)2biz ^{2} = ( 1 - b ^{2} ) - 2 bi이므로 z3=(1+bi)(1b22bi)=(3b21)+(3bb3)iz ^{3} = ( - 1 + bi ) ( 1 - b ^{2} - 2 bi ) = ( 3 b ^{2} - 1 ) + ( 3 b - b ^{3} ) i z3z ^{3}이 실수이므로 3bb3=b(3b2)=03 b - b ^{3} = b ( 3 - b ^{2} ) = 0 b0b \ne 0이므로 b2=3b ^{2} = 3 따라서 z3=3×31=8z ^{3} = 3 \times 3 - 1 = 8

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